石人溝鐵礦采空區(qū)防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石人溝鐵礦采空區(qū)防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在地下采礦過(guò)程中，礦塊的收獲、礦房的開(kāi)采、礦柱的開(kāi)采和空區(qū)的處理貫穿了整個(gè)礦開(kāi)采過(guò)程，它們密切相關(guān)。其施工設(shè)計(jì)與施工,技術(shù)性強(qiáng),管理復(fù)雜。正確選擇礦柱回采及空區(qū)處理方法,是提高礦石回收率和實(shí)現(xiàn)安全、高效開(kāi)采的有效途徑。2006年石人溝鐵礦將全面轉(zhuǎn)入采切、采礦階段,隨著開(kāi)采的不斷進(jìn)行,采空區(qū)將不斷增多,如果不及時(shí)進(jìn)行采空區(qū)處理,會(huì)造成因礦房暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致礦柱變形或破壞,使采空區(qū)無(wú)法處理,或造成因采空區(qū)范圍過(guò)大,產(chǎn)生強(qiáng)烈地壓,導(dǎo)致發(fā)生坍塌事故。要避免這種情況發(fā)生,確保礦山開(kāi)采安全正常的進(jìn)行,必須研究技術(shù)上可行的采空區(qū)處理方法和安全上有保證的采空區(qū)處理方案,分步驟進(jìn)行-60m中段以上采空區(qū)處理。本文結(jié)合礦山實(shí)際,提出了南、北區(qū)采空區(qū)處理方案和施工方法,供大家研究探討。1采準(zhǔn)、切割工程和壓風(fēng)系統(tǒng)的研究石人溝鐵礦地下開(kāi)采工程于2001年7月開(kāi)始建設(shè),到2005年12月,一、二期開(kāi)拓工程已全部完工,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力130萬(wàn)t/a。整個(gè)開(kāi)拓工程包括主、副豎井、斜井、措施井、回風(fēng)井及-60m中段開(kāi)拓系統(tǒng),形成了完整的通風(fēng)系統(tǒng)、供電、供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、提升運(yùn)輸系統(tǒng)、壓風(fēng)系統(tǒng),并已具備4個(gè)能夠獨(dú)立行人的安全出口。2006年開(kāi)始進(jìn)行采準(zhǔn)、切割工程和試生產(chǎn),現(xiàn)正在進(jìn)行-60m中段的采準(zhǔn)及采礦工程施工。-60m中段的開(kāi)采,涉及到露天向地下開(kāi)采的過(guò)渡和-60m中段空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采向三期工程開(kāi)采的轉(zhuǎn)變。如果不及時(shí)進(jìn)行采空區(qū)處理,當(dāng)采空區(qū)暴露面積超過(guò)其暴露極限時(shí),空區(qū)頂板將發(fā)生破壞和冒落,當(dāng)其破壞和冒落的規(guī)模影響到頂柱的整體穩(wěn)定性,就會(huì)出現(xiàn)頂柱的移動(dòng)和不均勻沉降,出現(xiàn)空區(qū)大面積冒落,將產(chǎn)生強(qiáng)烈的地壓活動(dòng),致使下部開(kāi)采中段的巖層移動(dòng)、巷道變形、采掘作業(yè)面和采場(chǎng)頂板冒落、巷道片幫冒頂?shù)鹊貕簽?zāi)害,甚至造成停產(chǎn)或人員傷亡和設(shè)備毀壞。由此還涉及到有關(guān)地下防水、露天邊幫穩(wěn)定、北區(qū)斜井和措施井及露天采場(chǎng)內(nèi)運(yùn)礦公路的安全等問(wèn)題。2采空區(qū)處理基本工作2.1地表、地下開(kāi)采區(qū)域測(cè)定方法把建立采空區(qū)檔案工作納入日常管理,從現(xiàn)在開(kāi)始組織測(cè)繪整個(gè)采區(qū)的空區(qū)實(shí)測(cè)圖,測(cè)圖范圍包括-60m中段以上所有地段,含所有邊幫硐采形成的采空區(qū)。此外,要測(cè)繪出地下開(kāi)采區(qū)域的地上、地下對(duì)照?qǐng)D,為確定地表是否允許崩落提供依據(jù)。通過(guò)建立采空區(qū)分布情況檔案,為進(jìn)行空區(qū)處理工程設(shè)計(jì)提供原始資料。2.2脈外界行有效布置間柱的作用目前-60m中段全部采用脈內(nèi)天井采準(zhǔn)布置,其優(yōu)越性是可以早出礦、減少?gòu)U石開(kāi)拓量、減小采準(zhǔn)比、可利用探礦巷道和有利于探采結(jié)合。但從礦房、礦柱的回采方法及其空區(qū)處理統(tǒng)一進(jìn)行考慮,卻存在許多缺陷,最主要的有:(1)不具備用淺孔回采間柱的技術(shù)、通風(fēng)、行人的條件,礦石損失嚴(yán)重。只能采用中深孔進(jìn)行崩落后,一次從底部結(jié)構(gòu)中將礦石回收,造成礦柱回采后出礦困難使礦石損失嚴(yán)重;行人天井下口往往作為礦柱回采后的出礦漏斗,易堵塞巷道,使出礦困難,在大爆破中不易封閉。(2)不適合空區(qū)處理的要求。脈內(nèi)布置人行天井,當(dāng)?shù)V柱崩落后,隨之消失,在大爆破后,沒(méi)有進(jìn)路去觀察地壓及放礦情況。因此,隨著礦山勘探程度和生產(chǎn)能力的不斷提高,在時(shí)間允許和具備條件的地段,選擇適合于礦柱回采和空區(qū)處理的脈外人行天井采準(zhǔn)布置。其優(yōu)越性如下:(1)比脈內(nèi)人行天井布置間柱礦量減少1/3,從而提高淺孔留礦法開(kāi)采礦房的礦石量,減少礦石損失貧化率。(2)可以部分或全部用淺孔留礦法或與中深孔聯(lián)合法回采間柱,具有通風(fēng)好、行人安全的優(yōu)點(diǎn)。(3)在間柱崩落回采后,脈外人行天井布置仍能保持完好,有利于觀察空區(qū)和出礦情況。(4)可以作為崩落充填采空區(qū)圍巖的鑿巖硐室和爆破硐室,充分利用采準(zhǔn)工程巷道,減少空區(qū)處理的井巷工程量。3采空區(qū)處理方案3.1廢石顯著打泄水孔,進(jìn)行礦柱回采和空區(qū)處理從南區(qū)情況看,因南區(qū)采空區(qū)上部有露天開(kāi)采的廢石場(chǎng)存在,加之礦體較薄,空區(qū)處理相對(duì)簡(jiǎn)單。雖然南區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)位于地下開(kāi)采巷道上部,且含有大量積水,但可以本著化害為利的原則,在實(shí)施南區(qū)頂板崩落之前,對(duì)其進(jìn)行回收利用。具體做法是,在進(jìn)行采空區(qū)處理前,應(yīng)首先在0m水平巷道內(nèi)向上打泄水孔,放出上部廢石場(chǎng)內(nèi)的積水。如果水量大,打泄水孔方法不能完全解決,則可在廢石場(chǎng)內(nèi)布設(shè)地下疏水管道或硐室,并建立排水系統(tǒng),將水抽到選礦高位水池用于選礦生產(chǎn)。按上述步驟進(jìn)行廢石場(chǎng)內(nèi)的積水疏干后,按照由南往北后退式推進(jìn)方式,進(jìn)行礦柱回采和空區(qū)處理,同時(shí)考慮斷層兩側(cè)礦體的開(kāi)采。為確保安全和實(shí)現(xiàn)空區(qū)處理與礦石回采的平行作業(yè),當(dāng)相鄰的礦房采完的礦塊數(shù)量達(dá)到5個(gè)時(shí),第一個(gè)進(jìn)行礦房回采的礦塊與正在進(jìn)行空區(qū)處理礦塊的安全距離已經(jīng)達(dá)到250m,此時(shí)安全距離已經(jīng)足夠,就可以進(jìn)行1~2個(gè)礦塊的礦柱回采和空區(qū)處理,以此類推。因南區(qū)礦體較薄,設(shè)計(jì)采用淺孔留礦法進(jìn)行-60m中段的開(kāi)采,由于下中段仍采用淺孔留礦法進(jìn)行開(kāi)采,因此,當(dāng)?shù)V柱崩落后,可利用本礦塊已有的底部結(jié)構(gòu)回收崩落的礦石。3.2重采輕管的排水能力從北區(qū)情況看,因在三期工程排水設(shè)施建成前,16線以北的區(qū)域,會(huì)進(jìn)行部分礦塊的空區(qū)處理,因該地段上部是的露天坑,其部分匯水會(huì)通過(guò)崩落層滲入北區(qū)-60m中段。為防止進(jìn)行空區(qū)處理后,因井下排水能力不足,而發(fā)生淹井事故,必須對(duì)北區(qū)-60m中段現(xiàn)有排水系統(tǒng)的排水能力進(jìn)行核定。北區(qū)水泵房現(xiàn)已按設(shè)計(jì)安裝了5臺(tái)200×43×3型多級(jí)離心泵,最大排水能力18200m3/d,這一排水能力并未考慮北區(qū)頂柱崩落后井下涌水量增加的情況。因此,秦皇島設(shè)計(jì)院在北區(qū)初步設(shè)計(jì)中指出:北區(qū)在進(jìn)行礦柱回采和空區(qū)處理之前,要對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行重新修改和設(shè)計(jì)。排水能力的核定有兩種結(jié)果:一是因當(dāng)時(shí)北區(qū)水文地質(zhì)資料不詳,設(shè)計(jì)北區(qū)排水設(shè)備時(shí),僅參照南區(qū)情況進(jìn)行,致使現(xiàn)有排水能力偏大,這樣如果加上北區(qū)頂柱崩落后井下涌水量增加的量,總的涌水量仍小于現(xiàn)有系統(tǒng)排水能力時(shí),北區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)可以保持不變。另一種結(jié)果是經(jīng)測(cè)定和計(jì)算,現(xiàn)有系統(tǒng)排水能力確有不足時(shí),則可通過(guò)適當(dāng)加大北區(qū)水泵房排水能力,來(lái)滿足頂柱崩落后的排水要求。按上述步驟,對(duì)北區(qū)采場(chǎng)涌水量和滲透量進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)北區(qū)地下排水能力進(jìn)行核定,在確認(rèn)或采取措施,使北區(qū)井下最大排水能力可以滿足排水要求,不致淹沒(méi)工作面后,可以按照由北往南后退式的推進(jìn)方式,進(jìn)行礦柱回采和空區(qū)處理。為確保安全和實(shí)現(xiàn)空區(qū)處理與礦石回采的平行作業(yè),當(dāng)相鄰的礦房采完的礦塊數(shù)量達(dá)到5個(gè)時(shí),第一個(gè)進(jìn)行礦房回采的礦塊與正在進(jìn)行空區(qū)處理礦塊的安全距離已經(jīng)達(dá)到250m,此時(shí)安全距離已經(jīng)足夠,就可以進(jìn)行1~2個(gè)礦塊的礦柱回采和空區(qū)處理,以此類推。由于下中段采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行開(kāi)采,崩落礦柱的礦石暫時(shí)不回收,作為下中段崩落法的覆蓋層,在下中段回采時(shí)進(jìn)行回收。4爆破方法及起爆順序采用YGZ90型或BY100型鑿巖機(jī)配TJ25型臺(tái)架鑿中深孔,微差分段起爆,一次崩落礦柱和圍巖充填采空區(qū)。爆破方法及起爆順序:在間柱和頂柱上打中深孔,在下盤(pán)脈外布置鑿巖巷道和鑿巖硐室,并在鑿巖硐室內(nèi)打束狀中深孔。上述炮孔全部打完后,一次裝藥、微差分段起爆,起爆順序是間柱→頂柱→下盤(pán)巖石。這樣可形成礦石在下部、巖石在上部的物料充填整個(gè)采空區(qū),可有利于礦柱礦石的回收,并使下中段采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行開(kāi)采形成覆蓋層。5加強(qiáng)采空區(qū)測(cè)繪工作,提供準(zhǔn)確、完整的礦塊開(kāi)采現(xiàn)狀實(shí)測(cè)圖通過(guò)對(duì)石人溝鐵礦采空區(qū)處理方法的研究與探討,有力的說(shuō)明采空區(qū)處理是礦山